基于PMAC的数控系统研究与开发

程　艳

(安徽水利水电职业技术学院 机械工程系，合肥 231603)



基于PMAC的数控系统研究与开发

程艳

(安徽水利水电职业技术学院 机械工程系，合肥 231603)

在现代装备制造业繁荣发展的过程中，装备的功能和性能都取决于数控加工这一关键技术.在开放式数控系统上，以PMAC为基础，进行数控系统的开发，分别对数控系统内的硬件模块和软件结构的优化与开发进行了探讨，构建了比较完善的开放式数控系统.

PMAC；数控系统；研究；开发

在当前的市场上，数控系统中的硬件模块和软件结构基本都是专用的，兼容性非常差，在科学技术不断进步的过程中，缺点逐渐暴露出来.基于此，以PMAC为基础，对数控系统内的硬件模块和软件结构进行优化与开发，进而构建出比较完善的开放式数控系统.

1　基于PMAC的数控系统总体概述

在进行开放式数控系统构建时，系统的实现途径是首先需要考虑的问题，对于开放式数控系统的实现，要充分的考虑该系统的发展特点、开发的成本、开发的难度等因素，最终选择出恰当的实现方式，基于这些方面的因素，本文中采用的形式为IPC+可编程运动控制器.所谓IPC+可编程运动控制器形式，是指在IPC的基础上，将可编程运动控制器嵌入进去[1].实际上，此种系统的运行平台为IPC，而核心性的部件为可编程运动控制器，这种形式的开放式数控系统所具备的扩展性是非常好的，当用户需要进行再次开发时，该形式完全支持.此系统的开放性有两级，一个是上级，另一个是下级.除了具备成本低的优点之外，对于用户自定义的软件，在系统中能够比较好的运行，与传统的CNC相比，该系统界面所具备的友好性更优.

2　硬件模块开发

2.1总体结构

基于PMAC的数控系统在进行开发时，PMAC型号的选择是非常重要的一个环节.在本文研究开发的系统中，选择的运动控制卡为PMACC2A-PC104型，这个型号的运动控制卡属于板卡级产品，比较适合应用于嵌入式系统中.控制卡具备十分紧凑的结构，在使用的过程中成本比较少，具备比较高的经济性[2].

根据上面的阐述可知，本文中开发的基于PMAC的数控系统实现形式为IPC+可编程运动控制器，此可编程运动控制器选择的就是PMAC运动控制卡.由此，开放式数控系统的实现形式为IPC+PMAC，这种形式的总体结构见图1.

图1　IPC+PMAC总体结构图

在开发的数控系统中，选择的IPC为上位机，主要的职责就是完成非实时性的任务，比如系统管理等，对于系统内的资源，合理的进行分配，在传递信息时，速度非常快.运动控制卡的主要任务是进行控制，控制的对象为运动轴，具备极强的实时性，同时，还担负采集的职责，各轴的测量信息都在采集的范围之内.I/O卡的主要功能是输入和输出，当各种开关量信号需要进行输入或输出时，I/O卡就开始工作，其所完成的也是实时性的任务.

2.2工控机

工控机是指工业控制计算机，在工业环境中，其运行具备较高的可靠性，与传感器等装备能够实现直接连接，从而有效地完成测控任务.无论是生产现场还是机械设备的组成部分，工控机都可以实现有效的应用，在生产现场，对整个生产过程进行实时的监控，并完成数据采集、处理和控制任务，而当工控机作为机械设备的组成部分时，主要的就是完成控制任务[3].工控机的性能非常的稳定，在运算时，具备很快的速度.除此之外，工控机还具备两大优点，一个是可靠性高，另一个是具备较高的环境适应能力.基于PMAC的数控系统在开发的过程中，模拟的是工业环境，因此系统中选择的工控机型号为PLK-450，此种型号的工控机在嵌入PMAC卡时，便捷性非常好.另外，工控机所配备的接口为USB型，即使PMAC卡与工控机之间的安装形式分装，通信也能够有效的保证.

2.3主基板

在开放式数控系统中，需要对5个轴进行控制，而PMACC2A-PC104在进行控制时，可以同时对4个轴进行控制，这就需要对运动控制卡进行扩展.在数控系统中，主卡为此型号的运动控制卡，随后添加一个副卡，副卡选择的是ACC-1P轴扩展板，此扩展板同样具备4个通道.由此一来，数控系统中所具备的轴数就增加为8个.

2.4I/O板

对于运动控制系统来说，除了要执行运动程序之外，还需要执行逻辑控制程序.通常来说，原点、限位、主轴功能等都是数控系统中需要处理的逻辑变量，在对这些逻辑变量进行处理时，多是由可编程逻辑控制器来进行.在开发的开放式数控系统中，原点和限位的处理可以由主卡来进行，而其他的逻辑处理则需要利用I/O板来实现，并且要对其进行扩展，扩展的实现也是由扩展板来实现，型号为ACC-2P[4].

3　软件结构开发

3.1软件开发核心技术

在开放式数控系统中，软件是十分重要的组成部分，对数控系统的功能有着重要的影响.在进行控制系统软件开发时，要注意以下四个方面的技术问题：第一，合理的选择软件开发平台.软件开发需要通过相应的开发平台来实现，在进行控制系统的软件开发平台搭建时，平台除了要具备软件开发的功能之外，还需要蕴含十分丰富的开发资源，以便于二次开发或后续使用的实现.在进行基于PMAC的开放式数控系统软件开发时，以Windows 2000为操作平台来实现软件开发，同时，开发资源来源于PMAC的动态链接库[5]；第二，插补算法的确定.当前，在控制机床轨迹时，采用的插补策略为粗插补和精插补结合的方式，然而在进行插补的过程中，受到采样频率的制约，在一些中低速场合中，此种方法具备很好的插补效果，但是如果是高速高精度场合，此种插补策略无法满足要求.基于此，在进行软件开发时，选择的插补算法为高速高精度，这在PMAC具备的功能中可以很好的实现；第三，注重软件伺服控制的性能.数控系统的主要目的是对数控技术进行控制，在实现控制目标的过程中，最终的部分就是伺服控制，通过伺服控制的功能，使得数控加工过程中，精度和速度都能够满足加工的要求.因此，在进行软件开发时，就必须要十分注重软件伺服控制的性能，在PMAC运动控制卡中，所提供的算法为数字PID伺服控制，由此一来，伺服控制所具备的性能就非常的优良；第四，保证软件开发的可靠性及效率.数控系统中的软件所承担的任务是比较多的，在软件设计的过程中，必须要保证软件具备完成这些任务的功能，由此导致软件设计与开发的复杂性比较高，为了保证软件开发具备较高的可靠性，同时在保证性能的基础上尽量地缩短开发周期，就需要采用恰当的开发语言.在PMAC的动态链接库中，能够实现高级语言开发的支持.因此，在进行软件设计时，采用的设计方法为模块化程序设计，进而不但满足了可靠性及高效率的要求，而且在软件使用的过程中，维护非常的简单[6].

3.2数控系统软件开发

具体说来，开放式数控系统在进行软件开发时，主要包含两个部分，一部分是PMAC实时控制软件，另一个部分是系统管理软件.对于PMAC实时控制软件，在进行设计时，开放性是必须要充分考虑的因素，不同的用户具备不同的功能需求，开发出来的PMAC实时控制软件要支持用户增加软件功能模块；而对于系统管理软件来说，所承担的功能并不具备实时性，比如系统初始化、故障诊断、系统进程管理等.软件开发的进行需要以系统设计要求为依据.首先，分析系统的需求功能；其次，根据系统功能，对软件所承担的功能进行有效地划分；最后，以Windows 2000操作平台以及开发资源为基础，完成软件开发[7].

开放式数控系统的控制软件具备开放性的特征，主要包含五个层次，这五个层次的不同功能形成了控制软件的体系结构，见图2.开放式数控系统软件开发最关键的一个环节是在操作系统的选择上，因为它是一个实时的多任务控制系统，也只有这样，才能确保数控系统控制的实时性.

控制软件的开发在Windows 2000平台上进行，采用的开发语言为VB语言，在数控系统中，大部分的任务都是实时性任务.因此，PMAC与IPC之间通信的建立、故障诊断、参数输入等都是软件开发过程中的重点.在PMAC运动控制器中，包含软件包Pcomm32，此软件包具备较强的开放性，同时，其中还包含ActiveX通信空间，当IPC与PMAC通信时，只需通过这两项功能就可以有效地实现通信.由此一来，通信设计中比较繁琐的驱动程序设计就可以直接省略，提升了软件开发的效率.除了开放性之外，利用VB语言开发出来的软件具备的可移植性也非常好.通过Windows 2000与VB语言的有效结合，再加上编程时采用面向对象法，保证了软件开发的可靠性.同时，PMAC的动态链接库中具备丰富的开发资源，促使软件开发的顺利实现，也保证了软件基本功能的实现.

图2　控制软件的体系结构

4　结论

数控技术的开发与应用促进了现代装备制造业的繁荣发展，在应用数控技术的过程中，需要通过数控系统来对其进行控制，以便于保证数控加工的速度及精度.原有的数控系统所具备的开放性不足，为了改善这个问题，在PMAC的基础上，开发了开放式的数控系统.在明确系统的总体框架之后，通过相应的硬件模块开发与软件结构开发，不仅保证了数控系统的开放性，同时提升了数控系统的性能，有效地实现了控制，最终推进了现代装备制造业长久的发展.

[1]贾旭，卢晓红，王鑫鑫，等.基于PMAC的微铣床数控系统中G代码编译研究[J].组合机床与自动化加工技术，2012(3)：104-107.

[2]梁速，徐辉，陈默，等.基于PMAC的商用五轴联动电火花加工数控系统[J].电加工与模具，2012(S1)：27-31.

[3]郑华林，于玺，潘盛湖，等.基于PMAC的线切割数控系统中数据采集与实时显示[J].机床与液压，2012(16)：90-93.

[4]夏罗生，卢端敏，朱树红.基于PMAC的二维搅拌摩擦焊开放式数控系统研究[J].制造技术与机床，2010(5)：71-74.

[5]崔超，高霖.基于PMAC的板材渐进成形数控系统的开发与研究[J].航空制造技术，2011(5)：80-82.

[6]王石莉.基于PMAC的钣料渐进成形机数控系统设计与开发[J].机械制造与自动化，2011(3)：22-24，27.

[7]黎良田.基于PMAC的开放式数控系统开发研究[J].软件导刊(教育技术)，2014(1)：54-55.

[责任编辑王新奇]

Research and Development of Numerical Control System Based on PMAC

CHENG Yan

(Department of Mechanical Engineering, Anhui Water Conservancy Technical College, Hefei 231603, China)

In the process of the development of modern equipment manufacturing industry, the function and performance of the equipment depend on the key technology of numerical control machining. In this paper, the numerical control system was developed based on PMAC in open numerical control system. The optimization and development of the hardware and software of the numerical control system were discussed respectively, and a relatively perfect open numerical control system was constructed.

PMAC; numerical control system; research; development

1008-5564(2016)02-0019-04

2015-10-27

安徽省高等学校省级质量工程项目“数控技术专业综合改革试点”(2013zy127)

程艳(1979—)，女，安徽淮南人，安徽水利水电职业技术学院机械工程系讲师，硕士，主要从事机械工程研究.

TM571.1

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